要听普惠公司的故事,我们得回头说说1946年。普惠公司学完了西屋公司的J30和罗·罗公司的“尼恩”/J46并在研制自己的专用发动机。今天很少有人知道,T34涡桨发动机是普惠公司设计的首款轴流燃气涡轮发动机,目标是大型军用运输机,能够产生5500~7500hp。T34首飞是1947年,装在B-17试验飞机的机头内,关闭B-17的4台莱特“旋风”发动机,只剩T34运转,拉着“空中堡垒”在空中飞行。1950—1960年,只生产了有限的T34,用于道格拉斯C-133“货运大王”、波音“超级彩虹鱼”和C-121 军用“星座”等飞机。
根据“杰克”·霍纳的讲述,霍华德·休斯举行了盛大的记者会,要将发动机装在TWA的康尼飞机上做商业飞行。霍纳和洛克希德的“一把手”鲍勃·格罗斯反对这个主意,称这款发动机严格地讲是军用发动机,不能在航空公司运营。霍纳曾坚持与TWA的高级技术人员讨论这个主意,以证明这个主意多么不好。“不,你不能。”霍纳回忆休斯说道。“我不能肯定,他明天是否还为我工作。”“好了,对霍华德就这样了。”霍纳松了一口气,仍然记得这个古怪的亿万富翁。T34最终没有装上康尼。
虽然T34在一定程度上获得成功,但是普惠公司没有大力推进大型涡桨发动机。这项业务由艾利逊(现在的罗·罗北美公司)T56主导多年。普惠公司涡桨发动机的领导地位来自边界以北蒙特利尔的一个郊区,这个故事先放下,以后再讲。
普惠公司那时候正在设计另一款大型涡桨发动机,称作PT4/T57。空军正在寻找涡桨飞机来替代B-36,那将是一款大型远程飞机,但是速度较慢。然而,缴获的德国技术资料透露出一种后掠翼设计的能力,事情开始逐渐明朗。个头大、速度慢的轰炸机被取消,涡喷动力后掠翼B-47出现,使用的是通用电气公司发动机。但B-47是中程轰炸机,而空军要的是载弹量更大、航程更远的轰炸机,是安装喷气发动机的后掠翼飞机,速度接近600mile[8] /h,在高空飞行5000mile不用再次加油。火力威猛的雷达控制高炮以及第一代地空导弹的出现,速度和高度至关重要。诸如诺斯罗普的“飞翼”创新性设计看来前途无量,但是仍不能满足任务需要。当然,这一概念是颗种子,最终于20世纪90年代发育成B-2。
1948年,波音公司拿到一项研制合同,后来研制出B-52,而普惠公司则为这种“同温层堡垒”开始研制发动机。普惠公司的想法是把PT4涡桨发动机的核心机改成涡喷发动机。尝试了几种构型,最后在1949年5月工程师们决定从根本上重新设计核心机,以达到他们想要的10000lbf推力,同时显著地降低油耗,使B-52不用空中加油就能飞得更远。工程部门加班加点工作,每天24h,每周7天,几十年来很多航空工业公司的很多工程部门都是这样走过来的。经过整整220个日日夜夜,重新设计的JT3-A被装上试车台。
发动机性能的关键是双转子设计:低压和高压压气机分别由低压和高压涡轮驱动。双转子设计比单转子设计能使发动机产生更高的压力,从而极大地增加了功率和提高了效率。发动机围绕一套里外套装在一起的两个轴组装,一个轴连接低压涡轮驱动发动机前面的低压压气机,另一个轴连接高压涡轮驱动低压压气机组件后面的高压压气机。另一个创新是发动机的蜂腰体设计。变细段还有助于提高压缩效率,并减少600lb的重量。
大部分喷气发动机推力为4000~5000lbf时,普惠公司决定抛开旧的,重新开始,“杰克”·霍纳解释这一决定背后的想法:
研制一种推力为6000lbf左右的发动机,比我们那样把推力大幅度提高10000lbf要容易得多。研制一种直接的简单单转子喷气发动机比研制更复杂的双转子高压压气喷气发动机也要简单得多。但是我们的对手在二战期间就确立了喷气发动机的地位,因此我们最终决定,我们最好来个飞跃,超过我们的竞争对手,无论在功率方面,还是在节油方面都要超过对手,这就意味着增加压缩。
他还回忆普惠工程师们学习如何解决喷气发动机的新型轴承问题、封严问题和压气机匹配问题,等等,“都是人们在新的喷气发动机上遇到的常见问题”。
他还说:“回想起来,那些问题绝对不是你通常预计要碰到的问题。记住,是回想起来。每次问题出现在你面前时,都会吓死你。”
JT3A 军用型是J57,的确是创造世界纪录的发动机。8台发动机推动B-52, 安装J57的F-100“超级佩刀” 1953年5月成为平飞时达到超声速的第一款战斗机。普惠团队因J57的杰出工作而获得1952年航空界“科利尔奖”,并且二战结束时,实现了在变幻莫测年代确定的目标。
该发动机在某种意义上可以被看成另一种“黄蜂”,像“纯种猎犬”,运转起来“干净利索”,可以应用于很多机型。J57/JT3后来放大成J75/JT4。这两种发动机用于20世纪50年代除洛克希德F-104以外的所有世纪系列战斗机。除B-52外, JT3还为KC-135喷气加油机甚至U-2高空侦察机提供动力。在商用方面,JT3在波音707和DC-8上开创了喷气机旅行的时代。那些飞机后来还使用JT4执行其他任务。比尔·冈斯顿在他的《航空发动机世界百科全书》中写到,JT3可谓“自1945年以来世界上最重要的发动机”。
20世纪50年代,JT3又一次改进,在发动机前面加装了风扇,这明显地增加了进气流量,就是众所周知的涡扇发动机。JT3D的军用型是TF33。推力增加35%,最大达到21000lbf。油耗降低15%~22%,起飞噪声下降10dB。J57/J75系列的基本设计概念即使在今天仍然显示出其合理性。B-52换发安装TF33后仍在服役,世界各地仍有波音707和DC-8在进行辅助货运服务。
普惠公司成为喷气发动机领域有影响的玩家,但其竞争对手绝对无意打出白旗。通用电气公司的J47在F-86上取得成功,并在此基础上,大张旗鼓地回来搞J79,一款出众的轴流涡喷发动机,装有17级压气机。J79用于麦克唐纳F-4“鬼怪”战斗机、北美A-5“民团团员”、洛克希德F-104“星式战斗机”和世界上第一款超声速战略轰炸机B-58“盗贼”。J79开创了压气机可调静子叶片的概念。发动机的进气导向静子叶片引导空气进入发动机,随着不断变化的飞行包线,前6排静子叶片(非旋转的压气机叶片)可以调节,以保持正确的气流角度。J79是成功的发动机,生产了很长时间,是20世纪50年代和20世纪60年代为通用电气公司赢得声誉的发动机,是通用电气公司未来几十年获得成功的基石。
通用电气公司试图用J79的技术来组装并制造商用发动机,即CJ805涡扇发动机,其风扇装在发动机后面而不是前面。通用电气公司建议为KC-135原型机推荐CJ805,而KC-135加油机重量不断增加,看来要达到JT3能够承载的极限。普惠公司起初的应对是为JT3加装喷水/酒精系统,接着推荐JT3D涡扇发动机,挫败了通用电气公司的努力。另外,在此期间研制J75/JT4部分原因是对通用电气公司J79的成功做出的反应。CJ805落脚在康威尔880和康威尔990飞机上,但其性能不佳,康威尔飞机销路也不好。
JT3D是普惠公司第一款涡扇发动机,该发动机不仅是对通用电气公司也是对罗·罗公司康维发动机挑战的应对型号。康维是投入航空公司运营的首款涡扇发动机。其原理简单地说就是:涡喷发动机使特定量的空气非常快地加速,而涡扇发动机使更大量的空气流速更慢些,发动机前面的风扇级产生大量的气流,部分空气没有被加速流入核心机进行燃烧,而是在核心机外“旁通”;气流越大,推力越大,但是因为大量空气流动比较慢,发动机就消耗比较少的燃油,产生比较小的噪声。在喷气机时代,涵道比不断提高。进入21世纪,发动机旁通的空气比在核心机内燃烧的空气多六七倍,由于对环境关注的日益增加,涵道比甚至会更高。
回顾英国的情况,20世纪40年代末和20世纪50年代初,他们将所有的工程师投入喷气飞机技术。最著名的例子当然是德哈维兰“彗星”,装有4台德哈维兰“幽灵”发动机。由于对增压座舱飞机在高速和高空条件下金属疲劳的问题知之甚少,导致3架早期型号的“彗星”坠毁。这种飞机注定成为商业冒险项目。20世纪50年代“彗星”再次出现,是“彗星”4,与原“彗星”大不相同。“彗星”4使用罗·罗公司埃文发动机,但是一直没有追上波音公司和道格拉斯公司。埃文发动机还是法国南方航空公司“快帆”中程客机的发起发动机。罗·罗公司在延程型DC-8和维克斯-阿姆斯特朗VC10飞机上使用康维发动机,并取得了一些成功,尽管VC10只生产了54架。
应该指出的是,布里斯托尔发动机公司在那个时期进行着激动人心的工作。该公司经过英国发动机工业多次兼并重组后成为罗·罗公司的一部分。大约在普惠公司研制双转子J57/JT3之时,布里斯托尔公司在进行双转子奥林帕斯发动机的工作。该发动机1948年首次运转,1954年投产,仅仅稍稍落后J57/JT3。经过不断改进,成为超声速“协和”号客机的发动机。设计推力为38000lbf,开始只有11000lbf。
创业者逝去
20世纪50年代中叶,弗里德里克·伦奇勒在二战结束时制订的计划看来已经一一落实。用了5年时间普惠公司研制出震惊世界的喷气发动机。其活塞发动机在市场上长盛不衰,从活塞发动机到喷气发动机的转变看来能确保实现。几乎所有顶尖战斗机都使用普惠发动机,公司从二战胜利日大约35000人发展起来。弗里德里克·伦奇勒曾经喜欢与唐·巴奇、比尔·蒂尔登、瓦尔·雅沃尔斯基等人一起打网球,但是他的健康每况愈下。他的助手们发现,自1953年夫人菲伊去世后,他显得易于疲劳,体重减轻,变得苍老。1955年2月,他被告知得了癌症。他与家人在佛罗里达州博卡拉顿家中度过最后几个月,1956年4月25日与世长辞。[9]
《时代杂志》封面故事给弗里德里克·伦奇勒的绰号是“马力先生”(Mr.Horsepower)。他同普惠公司其他创始人一样离开了我们。他们曾以简单的原则创建了伟大的公司,这些原则一次又一次地得到验证,并将流芳百世。
注 释
[1].喷气发动机基本有两种,离心式设计和轴流式设计。在离心式系统中,压气机是装有一系列叶片的盘,用来收集进气并将进气引导至压气机中心。离心力以高速和高压将空气推入发动机燃烧室。在轴流式发动机内,空气直接流过压气机,随着空气流过逐级,压力越来越高。
[2].实验室1950年取用此名,以纪念1949年去世的安迪·威尔古斯,安迪在铲除上班道路上的积雪时去世。
[3].格鲁门公司的所有“猫”系列飞机——“野猫”、“地狱猫”、“熊猫”、“虎猫”和“雄猫”都使用普惠发动机。
[4].普惠公司对罗·罗公司作为竞争对手与合作伙伴都一直怀有应有的尊敬,这种关系始于“尼恩”发动机许可证生产,一直到今天国际航空发动机公司的V2500计划。
[5].霍纳说,他认为伦奇勒是个天才,霍纳在晚年回忆伦奇勒的管理风格时说:“他非常善于思考,大部分时间远离经营,努力思考事情未来向何处发展,而且他非常非常成功地做出那些判断。他的判断不受欢迎,因此总是他一个人在这里,另外100个人在那里。但是他几乎总是正确的。总是处于少数地位不仅需要智慧,而且需要勇气。他是一个杰出的人,一位伟大的领导,非常平静、非常腼腆的人。”
[6].1oz(盎司)=28.3495克。
[7].遗憾的是,到1950年弗里德里克·伦奇勒是原班人马中唯一仍在普惠公司工作的人。唐·布朗1940年去世。工程天才乔治·米德1949年撒手人寰。只在几周后,安迪·威尔古斯,这个“用指尖思考”的设计师离开人世。查理·马克斯,提醒工人们“要比拿鸡蛋还要小心地处置部件”,1943年过世。格拉夫,老杰克·博鲁普战后退休。这时伦奇勒沮丧地承认“老人”这个称呼适合他。
[8].1mile=1609.344m。
[9].伦奇勒在康涅狄格州西哈特福德的庄园今天是伦布鲁克学校校园。一台“黄蜂”发动机放置在学校门廊之内。